ES2980627T3 - Respiratory rate measuring device - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de medición de la frecuencia respiratoria (4) utilizado para un dispositivo de concentración de oxígeno de tipo PSA y capaz de mejorar la precisión de la medición, caracterizado porque el dispositivo de medición comprende una unidad de detección (6) que está conectada a un paciente y que detecta una presión intratubárica y/o un caudal de aire intratubárico en un tubo (2) que suministra gas oxígeno concentrado al paciente desde un dispositivo de concentración de oxígeno de tipo adsorción por oscilación de presión (1) que concentra el oxígeno en el aire mediante la repetición periódica de la presurización y despresurización, y que genera datos de presión y/o datos de caudal de aire, una unidad de cálculo (722) que extrae datos de información de la respiración del paciente basándose en los datos de presión y/o los datos de caudal de aire, y una unidad de estimación (723) que estima una frecuencia respiratoria por unidad de tiempo prescrita basándose en los datos de información de la respiración del paciente, donde la unidad de estimación (723) deriva un coeficiente de autocorrelación entre los datos de información de la respiración del paciente y los datos que se desplazan con respecto a los datos de información de la respiración del paciente en un tiempo Δt. mientras ajusta dicho tiempo Δt, y estima la tasa de respiración utilizando el tiempo Δt en el que el coeficiente de autocorrelación alcanza un pico como intervalo de respiración. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)Respiratory rate measuring device (4) used for a PSA type oxygen concentration device and capable of improving measurement accuracy, characterized in that the measuring device comprises a detection unit (6) that is connected to a patient and that detects an intratubal pressure and/or an intratubal air flow rate in a tube (2) that supplies concentrated oxygen gas to the patient from a pressure swing adsorption type oxygen concentration device (1) that concentrates oxygen in the air by periodically repeating pressurization and depressurization, and that generates pressure data and/or air flow rate data, a calculation unit (722) that extracts patient respiration information data based on the pressure data and/or the air flow rate data, and an estimation unit (723) that estimates a prescribed respiration rate per unit time based on the patient respiration information data, where the estimation unit (723) derives an autocorrelation coefficient between the patient respiration information data and the patient respiration information data. which are displaced relative to the patient's breathing information data by a time Δt. while adjusting said time Δt, and estimates the breathing rate using the time Δt at which the autocorrelation coefficient reaches a peak as the breathing interval. (Automatic translation with Google Translate, no legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Dispositivo de medición de la frecuencia respiratoria Respiratory rate measuring device
CAMPOFIELD
La presente divulgación se refiere a un dispositivo de medición de frecuencia respiratoria utilizado para un dispositivo de concentración de oxígeno por adsorción con oscilación de presión. The present disclosure relates to a respiratory rate measuring device used for a pressure swing adsorption oxygen concentration device.
ANTECEDENTESBACKGROUND
La oxigenoterapia se ha realizado convencionalmente como un tratamiento médico para pacientes que padecen enfermedades respiratorias tales como asma y enfermedad pulmonar obstructiva crónica. En este tratamiento, los pacientes inhalan gas oxígeno o gas oxígeno concentrado. En los últimos años, la OTD (oxigenoterapia domiciliaria) en la que los pacientes inhalan oxígeno, por ejemplo, en el hogar o en instalaciones, con el objetivo de mejorar la CDV (calidad de vida) de los pacientes, se está haciendo la corriente principal, y se usa principalmente un dispositivo de concentración de oxígeno como fuente de oxígeno. Oxygen therapy has been conventionally performed as a medical treatment for patients suffering from respiratory diseases such as asthma and chronic obstructive pulmonary disease. In this treatment, patients inhale oxygen gas or concentrated oxygen gas. In recent years, OTD (home oxygen therapy) in which patients inhale oxygen, for example, at home or in facilities, with the aim of improving patients' QOL (quality of life), is becoming mainstream, and an oxygen concentrating device is mainly used as the oxygen source.
El dispositivo de concentración de oxígeno significa un dispositivo que concentra y suministra oxígeno existente a aproximadamente 21 % en el aire. La mayoría de los dispositivos de concentración de oxígeno son generalmente del tipo de adsorción por oscilación de presión (que se denominará en lo sucesivo tipo de PSA). Oxygen concentrating device means a device that concentrates and supplies oxygen existing at about 21% in the air. Most oxygen concentrating devices are generally of the pressure swing adsorption type (hereinafter referred to as the PSA type).
El dispositivo de concentración de oxígeno de PSA realiza repetidamente un proceso de adsorción de introducir aire en una columna de adsorción llena de un adsorbente para adsorber selectivamente gas nitrógeno, y presurizar la columna de adsorción para adsorber el gas nitrógeno al adsorbente, y un proceso de desorción de despresurizar la columna de adsorción para expulsar el gas nitrógeno adsorbido del sistema. Repitiendo los procesos de adsorción y desorción se genera gas oxígeno concentrado para permitir que el dispositivo de concentración de oxígeno proporcione continuamente gas oxígeno altamente concentrado al paciente. Un método para despresurizar la columna de adsorción a presión atmosférica o menos en el proceso de desorción a veces no se denomina PSA sino, por ejemplo, VPSA o VSA, pero el principio básico de VPSA o VSA es el mismo que el de PSA, y estos métodos se denominarán colectivamente en lo sucesivo en el presente documento PSA. The PSA oxygen concentrating device repeatedly performs an adsorption process of introducing air into an adsorption column filled with an adsorbent to selectively adsorb nitrogen gas, and pressurizing the adsorption column to adsorb the nitrogen gas to the adsorbent, and a desorption process of depressurizing the adsorption column to expel the adsorbed nitrogen gas from the system. By repeating the adsorption and desorption processes, concentrated oxygen gas is generated to enable the oxygen concentrating device to continuously provide highly concentrated oxygen gas to the patient. A method of depressurizing the adsorption column to atmospheric pressure or less in the desorption process is sometimes not called PSA but, for example, VPSA or VSA, but the basic principle of VPSA or VSA is the same as that of PSA, and these methods will be collectively referred to hereinafter as PSA.
La principal enfermedad de los pacientes que reciben oxigenoterapia domiciliaria es la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (que se denominará en lo sucesivo EPOC). La EPOC se refiere a una enfermedad irreversible que produce síntomas de tos y expectoración de esputo o disnea al ejercerla, debido a la constricción de los bronquios o la destrucción de las paredes alveolares pulmonares. The main disease of patients receiving home oxygen therapy is chronic obstructive pulmonary disease (hereinafter referred to as COPD). COPD refers to an irreversible disease that produces symptoms of cough and expectoration of sputum or dyspnea when exercising, due to constriction of the bronchi or destruction of the alveolar walls of the lungs.
Cuando empeoran los síntomas de la EPOC, se observa dificultad respiratoria o un aumento de la frecuencia respiratoria, y las manifestaciones clínicas a veces se deterioran hasta que se produce el "estado en el que un cambio de tratamiento o cualquier tratamiento adicional puede estar implicado preferentemente en una fase estable" denominado exacerbación aguda de la EPOC. Cuando se produce tal agravamiento agudo de la EPOC, los pacientes entran en los hospitales en la mayoría de los casos e incluso pueden pasar a insuficiencia respiratoria o enfrentarse a crisis de sus vidas. Además, incluso cuando se permite que los pacientes salgan de los hospitales, a menudo se da el caso de que los pacientes desarrollan síntomas más graves en la fase estable que los que tenían antes de su estancia hospitalaria, y a continuación ingresan y se dan de alta repetidamente en los hospitales. When COPD symptoms worsen, shortness of breath or increased respiratory rate is observed, and clinical manifestations sometimes deteriorate until the “state where a change of treatment or any additional treatment may be preferentially involved in a stable phase” called acute exacerbation of COPD occurs. When such acute exacerbation of COPD occurs, patients are admitted to hospitals in most cases and may even go into respiratory failure or face crises of their lives. Moreover, even when patients are allowed to leave hospitals, it is often the case that patients develop more severe symptoms in the stable phase than they had before their hospital stay, and are then repeatedly admitted and discharged from hospitals.
En la EPOC, es muy importante detectar signos o síntomas iniciales de una exacerbación aguda en el paciente lo antes posible, y tratar al paciente poco antes de que sus manifestaciones clínicas empeoren hasta el grado en que está hospitalizado, y en oxigenoterapia domiciliaria, por lo tanto, la información respiratoria del paciente, especialmente un cambio en la frecuencia respiratoria del paciente, sirve como una fuente muy beneficiosa de información en términos de conocer la afección patológica del paciente. In COPD, it is very important to detect early signs or symptoms of an acute exacerbation in the patient as early as possible, and to treat the patient soon before his/her clinical manifestations worsen to the extent that he/she is hospitalized, and in home oxygen therapy, therefore, the patient's respiratory information, especially a change in the patient's respiratory rate, serves as a very beneficial source of information in terms of knowing the patient's pathological condition.
La frecuencia respiratoria puede medirse incluso usando, por ejemplo, un cinturón estomacal, pero para conocer un cambio a largo plazo en el estado patológico del paciente, se fuerza al paciente a soportar una carga, ya que, por ejemplo, puede llevar preferiblemente el cinturón estomacal en todo momento, o periódicamente teniendo en cuenta su uso siempre. Generalmente, se espera que los pacientes que reciben oxigenoterapia domiciliaria usen periódicamente el cinturón estomacal durante al menos varias horas al día. Siempre que un dispositivo de medición de frecuencia respiratoria esté incorporado o unido a un dispositivo de concentración de oxígeno, el dispositivo de medición de frecuencia respiratoria puede verificar de manera fiable un cambio en la condición patológica durante el uso del dispositivo de concentración de oxígeno, y sin forzar al paciente a soportar una carga adicional. El dispositivo de medición de frecuencia respiratoria es muy útil. Respiratory rate can be measured even by using, for example, a stomach belt, but in order to find out about a long-term change in the patient's pathological condition, the patient is forced to bear a load, since, for example, he can preferably wear the stomach belt at all times, or periodically taking into account its use at all times. Generally, patients receiving home oxygen therapy are expected to periodically wear the stomach belt for at least several hours a day. As long as a respiratory rate measuring device is built into or attached to an oxygen concentration device, the respiratory rate measuring device can reliably check for a change in the pathological condition during use of the oxygen concentration device, and without forcing the patient to bear an additional load. The respiratory rate measuring device is very useful.
Como un método para obtener la frecuencia respiratoria de un paciente, que puede implementarse en un dispositivo de concentración de oxígeno, está disponible un método para montar un sensor de presión microdiferencial para la medición respiratoria entre el dispositivo de concentración de oxígeno y una cánula montada en el paciente para medir una presión respiratoria del paciente durante la inhalación de oxígeno, y registrar la presión respiratoria del paciente en un medio de registro o transmitirla como datos de comunicación, como se describe en PTL 1. As a method for obtaining a respiratory rate of a patient, which may be implemented in an oxygen concentrating device, there is available a method for mounting a microdifferential pressure sensor for respiratory measurement between the oxygen concentrating device and a cannula mounted on the patient to measure a respiratory pressure of the patient during oxygen inhalation, and recording the respiratory pressure of the patient on a recording medium or transmitting it as communication data, as described in PTL 1.
Los documentos PTL 2 y 4 divulgan el hecho de que la frecuencia respiratoria y similares pueden calcularse a partir de un patrón respiratorio, pero no describen métodos específicos. PTL documents 2 and 4 disclose the fact that respiratory rate and the like can be calculated from a respiratory pattern, but do not describe specific methods.
El documento PTL 3 divulga un método para almacenar los tiempos en los que la forma de onda de presión cambia de una caída a un aumento y contar la frecuencia respiratoria, en base al intervalo entre estos tiempos, y un método para multiplicar la amplitud de la presión por una relación de nivel de detección predeterminada y determinar que la respiración está presente solo cuando se supera un umbral correspondiente al producto calculado. Document PTL 3 discloses a method for storing the times at which the pressure waveform changes from a fall to a rise and counting the respiration rate, based on the interval between these times, and a method for multiplying the pressure amplitude by a predetermined detection level ratio and determining that respiration is present only when a threshold corresponding to the calculated product is exceeded.
El documento PTL 5 describe un método para calcular la frecuencia respiratoria mediante procesamiento FFT (transformada rápida de Fourier) o procesamiento TDS. PTL 5 describes a method for calculating respiratory rate using FFT (fast Fourier transform) processing or TDS processing.
El documento PTL 6 describe un método para medir y almacenar variaciones de presión de un dispositivo de concentración de oxígeno en sí mismo por adelantado, y restar las variaciones de presión de una forma de onda de presión detectada. PTL 6 describes a method for measuring and storing pressure variations of an oxygen concentration device itself in advance, and subtracting the pressure variations from a detected pressure waveform.
El documento PTL 7 describe un concentrador de oxígeno que aprovecha la adsorción por oscilación de presión. Se usa un sensor de caudal para determinar el caudal de gas que fluye a través del sistema de salida al usuario. Se usa un sensor de presión para monitorizar la presión del gas que pasa a través del conducto al usuario. Un controlador recoge y almacena el número de respiraciones. Basándose en el número de respiraciones, o el tiempo promedio entre respiraciones, durante el periodo de tiempo se puede calcular una frecuencia respiratoria. PTL 7 describes an oxygen concentrator that takes advantage of pressure swing adsorption. A flow sensor is used to determine the flow rate of gas flowing through the outlet system to the user. A pressure sensor is used to monitor the pressure of the gas passing through the line to the user. A controller collects and stores the number of breaths. Based on the number of breaths, or the average time between breaths, over the time period a respiratory rate can be calculated.
El documento PTL 8 divulga el análisis de una señal de fotopletismografía (PPG) usando una secuencia de autocorrelación. El tiempo entre picos de la secuencia de autocorrelación combinada que son representativos de la información de respiración puede ser equivalente al periodo de la respiración, que puede utilizarse para determinar la frecuencia respiratoria (por ejemplo, la frecuencia de respiración). PTL 8 discloses the analysis of a photoplethysmography (PPG) signal using an autocorrelation sequence. The time between peaks of the combined autocorrelation sequence that are representative of respiration information may be equivalent to the period of respiration, which may be used to determine the respiratory rate (e.g., breathing rate).
[LISTA DE CITA][QUOTE LIST]
[BIBLIOGRAFÍA DE PATENTES][PATENTS BIBLIOGRAPHY]
[PTL 1] JP H6-190045 A [PTL 1] JP H6-190045 A
[PTL 2] JP 2001-286566 A [PTL 2] JP 2001-286566 A
[PTL 3] JP H7-96035 A [PTL 3] JP H7-96035 A
[PTL 4] JP 2015-85191 A [PTL 4] JP 2015-85191 A
[PTL 5] JP 2011-518016 A [PTL 5] JP 2011-518016 A
[PTL 6] WO 2018-180392 A1 [PTL 6] WO 2018-180392 A1
[PTL 7] US 2016/375215 A1 [PTL 7] US 2016/375215 A1
[PTL 8] US 2015/230759 A1 [PTL 8] US 2015/230759 A1
SUMARIOSUMMARY
En cualquier método para enviar directamente los datos respiratorios calculados, dado que los datos de forma de onda medidos cada 100 milisegundos (ms), por ejemplo, se transmiten directamente, la cantidad de datos es enorme, y puede llevar mucho tiempo para el análisis. In any method of directly sending the calculated respiratory data, since the waveform data measured every 100 milliseconds (ms), for example, is transmitted directly, the amount of data is enormous, and it may take a long time for analysis.
El método para enviar directamente los datos respiratorios calculados tiene el inconveniente de, cuando se produce una irregularidad en la forma de onda respiratoria debido a, por ejemplo, ruido o movimiento corporal, detectar un valor pico o similar generado por la irregularidad como respiración. La forma de onda respiratoria cambia considerablemente dependiendo de la condición patológica de un paciente que usa el dispositivo de medición de frecuencia respiratoria, o el estado del paciente, tal como un estado activo o un estado de sueño, e incluso varía considerablemente en cada paciente individual. Es difícil establecer un umbral como criterio para respirar bajo una regla uniforme, y determinar si la respiración está presente. The method of directly outputting the calculated respiratory data has the drawback that, when an irregularity occurs in the respiratory waveform due to, for example, noise or body movement, a peak value or the like generated by the irregularity is detected as breathing. The respiratory waveform changes considerably depending on the pathological condition of a patient wearing the respiratory rate measuring device, or the patient's state such as an active state or a sleep state, and even varies considerably in each individual patient. It is difficult to set a threshold as a criterion for breathing under a uniform rule, and to determine whether breathing is present.
En la FFT, está implicada una enorme cantidad de cálculo y, además, cuando el intervalo de datos usado para la operación aritmética se establece corto, no puede calcularse ningún periodo respiratorio preciso y, cuando el intervalo de los datos se establece demasiado largo, apenas puede obtenerse un pico del periodo respiratorio debido a la influencia de un ligero cambio en el intervalo respiratorio para cada respiración. El procesamiento de TDS plantea un problema relacionado con la influencia del ruido o el movimiento corporal, un cambio en la respiración que depende del estado del paciente y diferencias en el estado respiratorio para cada paciente individual. In FFT, a huge amount of calculation is involved, and furthermore, when the data interval used for arithmetic operation is set short, no accurate respiratory period can be calculated, and when the data interval is set too long, hardly a peak of respiratory period can be obtained due to the influence of a slight change in respiratory interval for each breath. TDS processing poses a problem related to the influence of noise or body motion, a change in respiration depending on the patient's condition, and differences in respiratory status for each individual patient.
Se ha inventado un dispositivo de medición de frecuencia respiratoria para resolver los problemas descritos anteriormente, y tiene como objeto ejemplar hacer posible mejorar la precisión de medición de frecuencia respiratoria, usándose un dispositivo de concentración de oxígeno de PSA en combinación. A respiratory rate measuring device has been invented to solve the problems described above, and has as its exemplary object to make it possible to improve the accuracy of respiratory rate measurement, using a PSA oxygen concentration device in combination.
Este objeto se logra mediante la materia objeto de la reivindicación independiente. Las reivindicaciones dependientes se refieren a realizaciones particulares. This object is achieved by the subject matter of the independent claim. The dependent claims relate to particular embodiments.
De acuerdo con esta realización, el dispositivo de medición de frecuencia respiratoria puede mejorar la precisión de medición de frecuencia respiratoria, sin forzar al paciente a soportar una carga adicional, usándose un dispositivo de concentración de oxígeno de PSA en combinación. According to this embodiment, the respiratory rate measuring device can improve the accuracy of respiratory rate measurement, without forcing the patient to bear additional burden, by using a PSA oxygen concentration device in combination.
Los objetos y efectos de la presente invención se apreciarán y se obtendrán por medio de los elementos y combinaciones particularmente indicados en las reivindicaciones adjuntas. T anto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son ejemplares y explicativas, y no limitan la presente invención descrita en el alcance de las reivindicaciones. The objects and effects of the present invention will be appreciated and obtained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims. Both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory, and do not limit the present invention as described within the scope of the claims.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La Fig. 1 es un diagrama que ilustra una configuración esquemática ejemplar de un dispositivo de concentración de oxígeno de PSA. Fig. 1 is a diagram illustrating an exemplary schematic configuration of a PSA oxygen concentrating device.
La Fig. 2 es un diagrama que ilustra una configuración esquemática ejemplar de un dispositivo de medición de frecuencia respiratoria. Fig. 2 is a diagram illustrating an exemplary schematic configuration of a respiratory rate measuring device.
La Fig. 3 es un diagrama de bloques que ilustra una unidad de microordenador ejemplar. Fig. 3 is a block diagram illustrating an exemplary microcomputer unit.
La Fig. 4 es un gráfico que representa datos de presión que incluyen información respiratoria del paciente, en las condiciones en las que el flujo continuo se establece a 5 LPM, y un tubo de extensión se añade en 20 m. Fig. 4 is a graph depicting pressure data including patient respiratory information, under the conditions where the continuous flow is set to 5 LPM, and an extension tube is added in 20 m.
La Fig. 5 es un diagrama que representa datos de presión de PSA extraídos por una unidad de operación aritmética, en las condiciones en las que el flujo continuo se establece a 5 LPM, y un tubo de extensión se añade a 20 m. La Fig. 6 es un gráfico que representa la información respiratoria del paciente después del procesamiento de sustracción, en las condiciones en las que el flujo continuo se establece a 5 LPM, y un tubo de extensión se añade en 20 m. Fig. 5 is a diagram representing PSA pressure data extracted by an arithmetic operation unit, under the conditions that the continuous flow is set to 5 LPM, and an extension tube is added at 20 m. Fig. 6 is a graph representing the patient's respiratory information after subtraction processing, under the conditions that the continuous flow is set to 5 LPM, and an extension tube is added at 20 m.
La Fig. 7 es un diagrama conceptual que representa el principio de separar la información respiratoria del paciente y una presión de PSA de los datos de presión que incluyen las variaciones de presión y presión de PSA provocadas por la respiración del paciente. Fig. 7 is a conceptual diagram depicting the principle of separating patient respiratory information and PSA pressure from pressure data that includes pressure and PSA pressure variations caused by the patient's breathing.
La Fig. 8 es un gráfico que representa el resultado del cálculo de un coeficiente de autocorrelación a partir de la información respiratoria del paciente después del procesamiento de sustracción. Fig. 8 is a graph representing the result of calculating an autocorrelation coefficient from the patient's respiratory information after subtraction processing.
La Fig. 9 es un diagrama de flujo que ilustra un procesamiento ejemplar de extracción de datos de información respiratoria del paciente. Fig. 9 is a flowchart illustrating an exemplary processing of patient respiratory information data extraction.
La Fig. 10 es un diagrama de flujo que ilustra un procesamiento ejemplar de estimación de la frecuencia respiratoria, en base a los datos de información respiratoria del paciente. Fig. 10 is a flowchart illustrating an exemplary processing of respiratory rate estimation, based on patient respiratory information data.
Descripción de realizacionesDescription of realizations
A continuación se describirá un dispositivo de medición de frecuencia respiratoria de acuerdo con un aspecto de una realización o realizaciones con referencia a los dibujos. Sin embargo, debe observarse que el alcance técnico de la presente divulgación no se limita a estas realizaciones y abarca la invención descrita en el alcance de las reivindicaciones. En la siguiente descripción y dibujos, los mismos números de referencia denotan componentes que tienen las mismas configuraciones funcionales, y no se dará una descripción repetitiva de los mismos. A respiratory rate measuring device according to one aspect of an embodiment or embodiments will now be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present disclosure is not limited to these embodiments and encompasses the invention described within the scope of the claims. In the following description and drawings, the same reference numerals denote components having the same functional configurations, and a repetitive description thereof will not be given.
<Dispositivo de concentración de oxígeno PSA><PSA oxygen concentration device>
A continuación se describirá la configuración de un dispositivo de concentración de oxígeno de PSA, implementado como un dispositivo de concentración de oxígeno por adsorción con oscilación de presión ejemplar, usado en combinación con un dispositivo de medición de frecuencia respiratoria de acuerdo con un aspecto de una realización. La Fig. 1 es un diagrama que ilustra una configuración esquemática ejemplar de un dispositivo de concentración de oxígeno de PSA. The configuration of a PSA oxygen concentrating device, implemented as an exemplary pressure swing adsorption oxygen concentrating device, used in combination with a respiratory rate measuring device in accordance with one aspect of an embodiment will now be described. Fig. 1 is a diagram illustrating an exemplary schematic configuration of a PSA oxygen concentrating device.
Un dispositivo 1 de concentración de oxígeno PSA incluye una unidad 11 de generación de oxígeno que genera gas oxígeno concentrado introduciendo aire A desde el exterior del dispositivo 1 de concentración de oxígeno PSA. El aire A introducido desde el exterior del dispositivo de oxígeno PSA en la unidad 11 de generación de oxígeno se comprime mediante un compresor 111 y se alimenta a una columna 113 de adsorción a través de una primera válvula 112 de conmutación. La primera válvula 112 de conmutación conecta el compresor 111 a una de las columnas 113 de adsorción para alimentar el aire comprimido a la columna de adsorción conectada 113, y abre las columnas de adsorción restantes a la atmósfera. A PSA oxygen concentration device 1 includes an oxygen generating unit 11 that generates concentrated oxygen gas by introducing air A from the outside of the PSA oxygen concentration device 1. The air A introduced from the outside of the PSA oxygen device into the oxygen generating unit 11 is compressed by a compressor 111 and fed to an adsorption column 113 through a first switching valve 112. The first switching valve 112 connects the compressor 111 to one of the adsorption columns 113 to feed the compressed air to the connected adsorption column 113, and opens the remaining adsorption columns to the atmosphere.
Las columnas 113 de adsorción se llenan con adsorbentes para adsorber selectivamente gas nitrógeno. El aire comprimido que ha pasado a través de la columna 113 de adsorción reduce la concentración de gas nitrógeno y, por lo tanto, se convierte en gas oxígeno concentrado. El gas oxígeno concentrado se almacena en un depósito 115 de tampón de oxígeno concentrado a través de una segunda válvula de conmutación 114. La segunda válvula de conmutación 114 conecta o desconecta una de las columnas 113 de adsorción a o desde el depósito 115 de tampón de oxígeno concentrado. The adsorption columns 113 are filled with adsorbents for selectively adsorbing nitrogen gas. Compressed air that has passed through the adsorption column 113 reduces the nitrogen gas concentration and thus becomes concentrated oxygen gas. The concentrated oxygen gas is stored in a concentrated oxygen buffer tank 115 via a second switching valve 114. The second switching valve 114 connects or disconnects one of the adsorption columns 113 to or from the concentrated oxygen buffer tank 115.
La unidad 11 de generación de oxígeno usa la primera válvula 112 de conmutación para conectar el compresor 111 a una de las columnas 113 de adsorción, y usa la segunda válvula de conmutación 114 para conectar la columna 113 de adsorción conectada al compresor 111 al depósito 115 de tampón de oxígeno concentrado. Por lo tanto, el compresor 111, una de las columnas 113 de adsorción y el depósito 115 de tampón de oxígeno concentrado están conectados entre sí, y el gas oxígeno concentrado generado se suministra al depósito 115 de tampón de oxígeno concentrado. Las columnas 113 de adsorción que no están conectadas al compresor 111, sin embargo, se abren a la atmósfera a través de la primera válvula 112 de conmutación, ya que se desconectan del depósito 115 de tampón de oxígeno concentrado mediante la segunda válvula de conmutación 114. Con esta operación, las columnas 113 de adsorción se despresurizan para expulsar el gas nitrógeno adsorbido a los adsorbentes fuera del dispositivo 1 de concentración de oxígeno de PSA. The oxygen generating unit 11 uses the first switching valve 112 to connect the compressor 111 to one of the adsorption columns 113, and uses the second switching valve 114 to connect the adsorption column 113 connected to the compressor 111 to the concentrated oxygen buffer tank 115. Therefore, the compressor 111, one of the adsorption columns 113, and the concentrated oxygen buffer tank 115 are connected to each other, and the generated concentrated oxygen gas is supplied to the concentrated oxygen buffer tank 115. The adsorption columns 113 which are not connected to the compressor 111, however, are opened to the atmosphere through the first switching valve 112, since they are disconnected from the concentrated oxygen buffer tank 115 by the second switching valve 114. With this operation, the adsorption columns 113 are depressurized to expel the nitrogen gas adsorbed to the adsorbents out of the PSA oxygen concentration device 1.
La apertura y el cierre de la primera válvula 112 de conmutación y la segunda válvula de conmutación 114 se controlan, por ejemplo, mediante una unidad de microordenador en un dispositivo de medición de frecuencia respiratoria (no ilustrado). La unidad de microordenador puede adquirir un momento para conmutar entre la presurización y la despresurización en las columnas 113 de adsorción. El dispositivo de medición de frecuencia respiratoria puede colocarse en el dispositivo 1 de concentración de oxígeno, o puede colocarse fuera del dispositivo 1 de concentración de oxígeno por separado del dispositivo 1 de concentración de oxígeno. The opening and closing of the first switching valve 112 and the second switching valve 114 are controlled, for example, by a microcomputer unit in a respiratory rate measuring device (not illustrated). The microcomputer unit may acquire a timing for switching between pressurization and depressurization in the adsorption columns 113. The respiratory rate measuring device may be placed in the oxygen concentration device 1, or may be placed outside the oxygen concentration device 1 separately from the oxygen concentration device 1.
Como otro ejemplo, el dispositivo 1 de concentración de oxígeno puede incluir una unidad de control de concentración de oxígeno que controla el procesamiento de concentración de oxígeno que incluye el procesamiento de apertura y cierre de la primera y segunda válvulas de conmutación. La unidad de microordenador puede adquirir un momento para conmutar entre la presurización y la despresurización en las columnas 113 de adsorción desde la unidad de control de concentración de oxígeno. As another example, the oxygen concentration device 1 may include an oxygen concentration control unit that controls oxygen concentration processing including opening and closing processing of the first and second switching valves. The microcomputer unit may acquire a timing for switching between pressurization and depressurization in the adsorption columns 113 from the oxygen concentration control unit.
El dispositivo 1 de concentración de oxígeno de PSA puede conectar dos o más columnas de adsorción de las columnas 113 de adsorción, además de la configuración básica mencionada anteriormente. El dispositivo 1 de concentración de oxígeno de PSA puede incluir un proceso adicional tal como un proceso de igualación de presiones para igualar las presiones en las columnas de adsorción respectivas, o un proceso de purga para calentar a reflujo parte del gas oxígeno concentrado generado a una de las columnas 113 de adsorción. The PSA oxygen concentration device 1 may connect two or more adsorption columns of the adsorption columns 113, in addition to the basic configuration mentioned above. The PSA oxygen concentration device 1 may include an additional process such as a pressure equalization process to equalize the pressures in the respective adsorption columns, or a purge process to reflux part of the generated concentrated oxygen gas to one of the adsorption columns 113.
Normalmente, después de que el aire comprimido se alimenta a la columna 113 de adsorción, la columna 113 de adsorción se abre a la atmósfera a medida que se desconecta del compresor 111 mediante la primera válvula 112 de conmutación. En contraste con esto, cualquier columna 113 de adsorción abierta a la atmósfera está conectada al compresor 111 por la primera válvula 112 de conmutación, y se desplaza al proceso de compresión de oxígeno. De esta manera, el uso de la primera válvula 112 de conmutación para permitir que las columnas 113 de adsorción repitan alternativamente la compresión y la apertura a la atmósfera hace posible suministrar continuamente gas oxígeno concentrado. Normally, after compressed air is fed to the adsorption column 113, the adsorption column 113 is opened to the atmosphere as it is disconnected from the compressor 111 by the first switching valve 112. In contrast to this, any adsorption column 113 open to the atmosphere is connected to the compressor 111 by the first switching valve 112, and is shifted to the oxygen compression process. In this manner, use of the first switching valve 112 to allow the adsorption columns 113 to alternately repeat compression and opening to the atmosphere makes it possible to continuously supply concentrated oxygen gas.
Puesto que el cambio de presión en la columna 113 de adsorción tras la generación de oxígeno concentrado es muy grande, se producen variaciones periódicas de presión en la presión dentro de una trayectoria de flujo de gas oxígeno, formada corriente abajo de la columna 113 de adsorción, tras la conmutación de la columna 113 de adsorción. El gas oxígeno concentrado almacenado en el depósito 115 de tampón de oxígeno concentrado se regula para atenuar las variaciones de presión mediante una válvula 116 de regulación de presión. Since the pressure change in the adsorption column 113 after generation of concentrated oxygen is very large, periodic pressure variations in the pressure occur within an oxygen gas flow path formed downstream of the adsorption column 113 after switching of the adsorption column 113. The concentrated oxygen gas stored in the concentrated oxygen buffer tank 115 is regulated to attenuate the pressure variations by a pressure regulating valve 116.
El gas oxígeno concentrado que tiene su presión regulada por la unidad 11 de generación de oxígeno tiene su caudal de oxígeno controlado por una unidad de control de flujo de oxígeno 12 formada por una válvula de control 121 y un caudalímetro 122, y se suministra al exterior del dispositivo de concentración de oxígeno por un orificio de suministro de oxígeno 13 a través de un humidificador 101. En la unidad de control de flujo de oxígeno 12, la válvula de control 121 o el caudalímetro 122 pueden proporcionarse corriente arriba en la trayectoria de flujo, y la unidad de control de flujo de oxígeno 12 puede incluir otras configuraciones o disposiciones. The concentrated oxygen gas having its pressure regulated by the oxygen generating unit 11 has its oxygen flow rate controlled by an oxygen flow control unit 12 formed by a control valve 121 and a flowmeter 122, and is supplied to the outside of the oxygen concentrating device through an oxygen supply port 13 via a humidifier 101. In the oxygen flow control unit 12, the control valve 121 or the flowmeter 122 may be provided upstream in the flow path, and the oxygen flow control unit 12 may include other configurations or arrangements.
El dispositivo 1 de concentración de oxígeno PSA puede incluir un orificio fijo de conmutación para conmutar el caudal, en lugar del caudalímetro 122 y la válvula de control 121. El dispositivo 1 de concentración de oxígeno PSA también puede usar un esquema de control manual del caudal usando un caudalímetro observable visualmente tal como un medidor de rotor como el caudalímetro 122, y una válvula de control de flujo manual en lugar de la válvula de control 121, o puede usar otros esquemas de control de flujo. El dispositivo 1 de concentración de oxígeno de PSA puede incluso tener una configuración equipada sin humidificador 101. The PSA oxygen concentrating device 1 may include a fixed switching orifice for switching flow rate, instead of the flow meter 122 and the control valve 121. The PSA oxygen concentrating device 1 may also use a manual flow rate control scheme using a visually observable flow meter such as a rotor meter like the flow meter 122, and a manual flow control valve instead of the control valve 121, or it may use other flow control schemes. The PSA oxygen concentrating device 1 may even have a configuration equipped without a humidifier 101.
<Dispositivo de medición de frecuencia respiratoria><Respiratory rate measuring device>
A continuación se describirá una configuración esquemática ejemplar de un dispositivo de medición de frecuencia respiratoria de acuerdo con la presente invención. An exemplary schematic configuration of a respiratory rate measuring device according to the present invention will now be described.
La Fig. 2 es un diagrama que ilustra una configuración esquemática ejemplar de un dispositivo de medición de frecuencia respiratoria. Fig. 2 is a diagram illustrating an exemplary schematic configuration of a respiratory rate measuring device.
El oxígeno generado por el dispositivo 1 de concentración de oxígeno PSA se suministra a la cavidad nasal de un paciente a través de un tubo 2 conectado al dispositivo 1 de concentración de oxígeno PSA, y una cánula nasal 3 conectada al tubo 2. El paciente respira constantemente incluso durante la inhalación de oxígeno, y un cambio de presión que se produce al respirar al paciente se propaga hacia la cánula nasal 3, el tubo 2 y el dispositivo 1 de concentración de oxígeno PSA. Oxygen generated by the PSA oxygen concentrating device 1 is supplied to the nasal cavity of a patient through a tube 2 connected to the PSA oxygen concentrating device 1, and a nasal cannula 3 connected to the tube 2. The patient breathes constantly even during oxygen inhalation, and a pressure change occurring as the patient breathes propagates to the nasal cannula 3, the tube 2, and the PSA oxygen concentrating device 1.
En esta realización, para obtener la presión respiratoria del paciente, un dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria está conectado al tubo 2 que sirve como una trayectoria de suministro de oxígeno. El tubo se refiere a uno que incluye todo el tubo proporcionado entre el humidificador 101 (la unidad de control de flujo de oxígeno 12 cuando el dispositivo 1 de concentración de oxígeno de PSA no está equipado con humidificador 101) y la cánula nasal 3, y el dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria puede estar conectado en cualquier lugar del tubo. In this embodiment, to obtain the patient's respiratory pressure, a respiratory rate measuring device 4 is connected to the tube 2 serving as an oxygen supply path. The tube refers to one including the entire tube provided between the humidifier 101 (the oxygen flow control unit 12 when the PSA oxygen concentration device 1 is not equipped with the humidifier 101) and the nasal cannula 3, and the respiratory rate measuring device 4 may be connected anywhere in the tube.
Una parte o la totalidad del dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria puede colocarse dentro o fuera del dispositivo 1 de concentración de oxígeno de PSA. Part or all of the respiratory rate measuring device 4 may be placed inside or outside the PSA oxygen concentration device 1.
Los inventores de la presente invención hicieron un estudio cercano y descubrieron que incluso después de atenuar las variaciones de presión mediante la válvula de regulación de presión 116, las variaciones de presión aplicadas al dispositivo 4 de medición de la velocidad respiratoria incluyen donde se producen tras la presurización y la despresurización durante la generación de gas oxígeno concentrado. Dado que la amplitud de las variaciones de presión que se producen tras la generación de gas oxígeno concentrado es mayor que la de la presión respiratoria, y la amplitud de la presión respiratoria también se reduce debido a una pérdida de presión producida tras el paso a través de la trayectoria de flujo de oxígeno, es difícil medir directamente la forma de onda de presión respiratoria del paciente a partir de la presión medida por el dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria. The inventors of the present invention made a close study and found that even after attenuating the pressure variations by the pressure regulating valve 116, the pressure variations applied to the respiratory rate measuring device 4 include those occurring after pressurization and depressurization during generation of concentrated oxygen gas. Since the amplitude of the pressure variations occurring after generation of concentrated oxygen gas is larger than that of the respiratory pressure, and the amplitude of the respiratory pressure is also reduced due to a pressure loss occurring after passing through the oxygen flow path, it is difficult to directly measure the patient's respiratory pressure waveform from the pressure measured by the respiratory rate measuring device 4.
En esta realización, el dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria incluye una unidad 7 de microordenador que incluye una unidad de operación aritmética y una unidad de estimación y conectada a un sensor de presión 6. El sensor de presión 6 está configurado preferentemente como sensor de presión microdiferencial. Además, el dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria incluye preferiblemente una unidad de visualización 8, tal como una pantalla de cristal líquido, que muestra la frecuencia respiratoria medida. La unidad de visualización 8 está conectada a la unidad 7 de microordenador y controlada por la unidad 7 de microordenador. In this embodiment, the respiratory rate measuring device 4 includes a microcomputer unit 7 including an arithmetic operation unit and an estimation unit and connected to a pressure sensor 6. The pressure sensor 6 is preferably configured as a microdifferential pressure sensor. Furthermore, the respiratory rate measuring device 4 preferably includes a display unit 8, such as a liquid crystal display, which displays the measured respiratory rate. The display unit 8 is connected to the microcomputer unit 7 and controlled by the microcomputer unit 7.
En esta realización, el dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria incluye, por ejemplo, un sensor de presión 6, y preferiblemente un sensor 6 de presión microdiferencial, como una unidad de detección que detecta y emite la presión en el tubo, y una unidad 7 de microordenador conectada eléctricamente a la unidad de detección. El dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria puede incluir además una unidad de desplazamiento positivo conectada al sensor 6 de presión microdiferencial, y una unidad de suavizado de la presión formada por un orificio 5 que conecta el tubo y la unidad de desplazamiento positivo entre sí. La razón por la que se proporciona la unidad de suavizado de presión es la siguiente. In this embodiment, the respiratory rate measuring device 4 includes, for example, a pressure sensor 6, and preferably a micro-differential pressure sensor 6, as a detection unit that detects and outputs the pressure in the tube, and a microcomputer unit 7 electrically connected to the detection unit. The respiratory rate measuring device 4 may further include a positive displacement unit connected to the micro-differential pressure sensor 6, and a pressure smoothing unit formed by a hole 5 connecting the tube and the positive displacement unit to each other. The reason why the pressure smoothing unit is provided is as follows.
Dado que la presión respiratoria del paciente es normalmente de aproximadamente ±10 a 100 Pa, se usa preferiblemente un sensor que tiene el intervalo de aproximadamente ±100 Pa como sensor 6 de presión microdiferencial para obtener la presión respiratoria mediante el dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria. En el estado en el que se suministra oxígeno desde el dispositivo de concentración de oxígeno, se genera constantemente una presión de suministro tras el suministro de oxígeno, y la presión de suministro generada tras el suministro de oxígeno existe a, por ejemplo, aproximadamente 300 Pa incluso para 1 LPM (camilla por minuto: l/min). Esto significa que cuando un extremo del sensor 6 de presión microdiferencial está conectado a la trayectoria de suministro de oxígeno, como se describió anteriormente, con el otro extremo del sensor de presión microdiferencial abierto a la atmósfera, la presión que se va a medir cae fuera del intervalo de medición del sensor 6 de presión microdiferencial. Por lo tanto, se obtiene preferiblemente una presión que incluye información respiratoria del paciente en el intervalo de medición del sensor 6 de presión microdiferencial aplicando la presión después del paso a través del orificio 5 al otro extremo del sensor 6 de presión microdiferencial. Since the patient's respiratory pressure is normally about ±10 to 100 Pa, a sensor having the range of about ±100 Pa is preferably used as the microdifferential pressure sensor 6 to obtain the respiratory pressure by the respiratory rate measuring device 4. In the state where oxygen is supplied from the oxygen concentration device, a supply pressure is constantly generated after oxygen supply, and the supply pressure generated after oxygen supply exists at, for example, about 300 Pa even for 1 LPM (stretcher per minute: l/min). This means that when one end of the microdifferential pressure sensor 6 is connected to the oxygen supply path, as described above, with the other end of the microdifferential pressure sensor open to the atmosphere, the pressure to be measured falls outside the measurement range of the microdifferential pressure sensor 6. Therefore, a pressure including respiratory information of the patient in the measuring range of the microdifferential pressure sensor 6 is preferably obtained by applying the pressure after passing through the hole 5 to the other end of the microdifferential pressure sensor 6.
Una presión que cae dentro del intervalo de medición del sensor 6 de presión microdiferencial puede aplicarse preferiblemente al otro extremo del sensor 6 de presión microdiferencial, y un método para esta operación no se limita al ejemplo en esta realización. Siempre que el intervalo de medición del sensor 6 de presión microdiferencial sea mayor que la presión de suministro generada tras el suministro de oxígeno, y puede garantizarse una resolución lo suficientemente alta como para permitir la detección de variaciones de presión que se producen tras la respiración del paciente, el otro extremo del sensor 6 de presión microdiferencial puede incluso abrirse a la atmósfera. Un sensor de presión que mide una presión manométrica o una presión absoluta puede sustituirse por el sensor 6 de presión microdiferencial. A pressure falling within the measurement range of the microdifferential pressure sensor 6 may preferably be applied to the other end of the microdifferential pressure sensor 6, and a method for this operation is not limited to the example in this embodiment. As long as the measurement range of the microdifferential pressure sensor 6 is larger than the supply pressure generated after oxygen supply, and a high enough resolution can be ensured to enable detection of pressure variations occurring after a patient's breathing, the other end of the microdifferential pressure sensor 6 may even be opened to the atmosphere. A pressure sensor measuring a gauge pressure or an absolute pressure may be replaced by the microdifferential pressure sensor 6.
Dado que un cambio de presión al respirar también aparece como variaciones mínimas del caudal del gas oxígeno concentrado que fluye a través del tubo, el dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria puede usar un sensor de flujo en lugar del sensor de presión 6. El dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria puede incluir incluso tanto el sensor de presión 6 como el sensor de flujo. El sensor de presión 6 y/o el sensor de flujo sirven como una unidad de detección que detecta una presión en el tubo y/o un caudal de gas en el tubo 2 que incluye información respiratoria del paciente, y emite datos de presión y/o datos de caudal de gas en el tubo. Since a pressure change during breathing also appears as minimal variations in the flow rate of the concentrated oxygen gas flowing through the tube, the respiratory rate measuring device 4 can use a flow sensor instead of the pressure sensor 6. The respiratory rate measuring device 4 can even include both the pressure sensor 6 and the flow sensor. The pressure sensor 6 and/or the flow sensor serve as a sensing unit which detects a pressure in the tube and/or a gas flow rate in the tube 2 including respiratory information of the patient, and outputs pressure data and/or gas flow rate data in the tube.
<Unidad de microordenador><Microcomputer unit>
La figura 3 es un diagrama que ilustra un bloque de configuración ejemplar de la unidad 7 de microordenador. Figure 3 is a diagram illustrating an exemplary configuration block of the microcomputer unit 7.
La unidad 7 de microordenador que incluye una unidad 722 de operación aritmética y una unidad 723 de estimación está conectada al sensor de presión 6, y preferiblemente al sensor 6 de presión microdiferencial. La unidad 722 de operación aritmética y la unidad 723 de estimación obtienen información respiratoria del paciente recibiendo los datos de presión en el tubo y o los datos de caudal de gas en el tubo en el tubo que incluyen la información respiratoria del paciente, detectada por el sensor 6 de presión microdiferencial que sirve como unidad de detección, y realizando el procesamiento implicado (que se describirá más adelante). The microcomputer unit 7 including an arithmetic operation unit 722 and an estimation unit 723 is connected to the pressure sensor 6, and preferably to the microdifferential pressure sensor 6. The arithmetic operation unit 722 and the estimation unit 723 obtain respiratory information of the patient by receiving the in-tube pressure data and or the in-tube gas flow rate data in the tube including the respiratory information of the patient, detected by the microdifferential pressure sensor 6 serving as the detection unit, and performing the processing involved (to be described later).
La unidad 7 de microordenador puede implementarse como el mismo microordenador que en una unidad de procesamiento que procesa, por ejemplo, una función de generación de oxígeno y una función de visualización e interfaz de usuario para el dispositivo de concentración de oxígeno, o puede estar separada de la unidad de procesamiento. Cuando la unidad 7 de microordenador está separada de la unidad de procesamiento, adquiere un momento para conmutar un periodo de PSA T desde un microordenador que procesa la función de generación de oxígeno, y usa el momento adquirido para la operación aritmética. The microcomputer unit 7 may be implemented as the same microcomputer as in a processing unit that processes, for example, an oxygen generation function and a display and user interface function for the oxygen concentration device, or it may be separate from the processing unit. When the microcomputer unit 7 is separate from the processing unit, it acquires a timing for switching a PSA period T from a microcomputer that processes the oxygen generation function, and uses the acquired timing for the arithmetic operation.
La unidad 7 de microordenador incluye una unidad 71 de almacenamiento y una unidad 72 de procesamiento. La unidad 71 de almacenamiento está configurada como una o varias memorias de semiconductores. La unidad 71 de almacenamiento incluye al menos una de las memorias no volátiles, tales como una RAM, una memoria flash, una EPROM y una EEPROm . La unidad 71 de almacenamiento almacena, por ejemplo, un programa de controlador, un programa de sistema operativo, un programa de aplicación y datos usados para procesamiento por la unidad 72 de procesamiento. The microcomputer unit 7 includes a storage unit 71 and a processing unit 72. The storage unit 71 is configured as one or more semiconductor memories. The storage unit 71 includes at least one of non-volatile memories, such as a RAM, a flash memory, an EPROM and an EEPROm. The storage unit 71 stores, for example, a driver program, an operating system program, an application program and data used for processing by the processing unit 72.
La unidad 71 de almacenamiento almacena, como programa de controlador, por ejemplo, un programa de controlador de dispositivo para controlar, por ejemplo, el sensor 6 de presión microdiferencial que sirve como unidad de detección. Un programa informático puede instalarse en la unidad de almacenamiento usando, por ejemplo, un programa de configuración conocido de un medio de grabación portátil legible por ordenador tal como un CD-ROM o un DVD-ROM. El programa informático puede incluso descargarse de, por ejemplo, un servidor de programas e instalarse. The storage unit 71 stores, as a driver program, for example, a device driver program for controlling, for example, the micro-differential pressure sensor 6 serving as a detection unit. A computer program can be installed on the storage unit using, for example, a known configuration program of a portable computer-readable recording medium such as a CD-ROM or a DVD-ROM. The computer program can even be downloaded from, for example, a program server and installed.
La unidad 71 de almacenamiento puede almacenar además temporalmente datos temporales asociados con un procesamiento predeterminado. La unidad 71 de almacenamiento almacena, por ejemplo, un umbral 711 y un archivo 712 de datos de valor de variación para su uso en la estimación de la frecuencia respiratoria. The storage unit 71 may further temporarily store temporary data associated with a predetermined processing. The storage unit 71 stores, for example, a threshold 711 and a variation value data file 712 for use in estimating the respiratory rate.
La unidad 72 de procesamiento incluye uno o más procesadores y sus circuitos periféricos. La unidad 72 de procesamiento controla sistemáticamente el funcionamiento global del dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria, y se implementa como, por ejemplo, una MCU (unidad de microcontrol). The processing unit 72 includes one or more processors and their peripheral circuits. The processing unit 72 systematically controls the overall operation of the respiratory rate measuring device 4, and is implemented as, for example, an MCU (microcontrol unit).
La unidad 72 de procesamiento realiza el procesamiento en base a los programas (por ejemplo, el programa del sistema operativo, el programa controlador y el programa de aplicación) almacenados en la unidad 71 de almacenamiento. La unidad 72 de procesamiento puede ejecutar varios programas (por ejemplo, el programa de aplicación) en paralelo. La unidad 72 de procesamiento incluye, por ejemplo, una unidad de adquisición de datos 721 detectados, la unidad 722 de operación aritmética, la unidad 723 de estimación y una unidad 724 de salida de frecuencia respiratoria. The processing unit 72 performs processing based on the programs (for example, the operating system program, the driver program, and the application program) stored in the storage unit 71. The processing unit 72 may execute multiple programs (for example, the application program) in parallel. The processing unit 72 includes, for example, a sensed data acquisition unit 721, the arithmetic operation unit 722, the estimation unit 723, and a respiratory rate output unit 724.
Cada una de estas unidades que constituyen la unidad 72 de procesamiento puede implementarse en la unidad 7 de microordenador como un circuito integrado independiente, un módulo de circuito, un microprocesador o un firmware. Each of these units constituting the processing unit 72 may be implemented in the microcomputer unit 7 as an independent integrated circuit, a circuit module, a microprocessor or a firmware.
<Principio de procesamiento aritmético realizado en la realización><Principle of arithmetic processing performed in the implementation>
El principio de procesamiento realizado en esta realización, usando datos de información respiratoria obtenida aplicando una presión respiratoria en un modelo respiratorio de paciente desde la cánula nasal 3 usando la configuración ilustrada en la figura 2, se describirá a continuación. The processing principle performed in this embodiment, using respiratory information data obtained by applying a respiratory pressure on a patient respiratory model from the nasal cannula 3 using the configuration illustrated in Figure 2, will be described below.
Las figuras 4, 5 y 6 ilustran un grupo de datos obtenidos cuando el flujo continuo se establece a 5 LPM, y un tubo de extensión de 20 m está conectado en el lado corriente abajo del dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria. El flujo continuo significa un esquema de suministro de gas oxígeno concentrado, en el que el gas oxígeno concentrado se suministra continuamente a un caudal constante. Figures 4, 5 and 6 illustrate a set of data obtained when the continuous flow is set to 5 LPM, and a 20 m extension tube is connected on the downstream side of the respiratory rate measuring device 4. Continuous flow means a concentrated oxygen gas supply scheme, in which concentrated oxygen gas is continuously supplied at a constant flow rate.
La Fig. 4 es un gráfico que representa datos de presión que incluyen información respiratoria del paciente y datos de presión de PSA del dispositivo 1 de concentración de oxígeno de PSA, cuando el flujo continuo se establece a 5 LPM, y se conecta un tubo de extensión de 20 m. Fig. 4 is a graph depicting pressure data including patient respiratory information and PSA pressure data of the PSA oxygen concentration device 1, when the continuous flow is set to 5 LPM, and a 20 m extension tube is connected.
La Fig. 5 es un gráfico que representa los datos de presión de PSA del dispositivo 1 de concentración de oxígeno de PSA si el paciente no está respirando o después de que se retiren los componentes respiratorios, cuando el flujo continuo se establece a 5 LPM, y se conecta un tubo de extensión de 20 m. Fig. 5 is a graph depicting the PSA pressure data of the PSA oxygen concentration device 1 if the patient is not breathing or after the respiratory components are removed, when the continuous flow is set to 5 LPM, and a 20 m extension tube is connected.
La presión de PSA obtenida por el dispositivo de concentración de oxígeno de PSA significa un cambio de presión periódico relacionado con el periodo de la columna de adsorción del dispositivo 1 de concentración de oxígeno de PSA y que ocurre cuando el oxígeno es generado por el dispositivo 1 de concentración de oxígeno de PSA, como se describió anteriormente. El periodo de la forma de onda de la presión de PSA coincide con el periodo de conmutación de la columna de adsorción del dispositivo 1 de concentración de oxígeno de PSA. The PSA pressure obtained by the PSA oxygen concentration device means a periodic pressure change related to the period of the adsorption column of the PSA oxygen concentration device 1 and which occurs when oxygen is generated by the PSA oxygen concentration device 1, as described above. The period of the PSA pressure waveform coincides with the switching period of the adsorption column of the PSA oxygen concentration device 1.
La Fig. 6 es un gráfico que representa el resultado del procesamiento de sustracción de los componentes ilustrados en la Fig. 5 de los componentes ilustrados en la Fig. 4 por software. El procesamiento de sustracción significa el procesamiento de calcular la diferencia entre dos piezas de datos en un instante de tiempo arbitrario. Mediante el procesamiento de sustracción, el dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria puede eliminar componentes de presión de PSA y detectar una presión respiratoria en un modelo respiratorio de paciente. Al realizar el procesamiento de sustracción por software, el dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria puede obtener información respiratoria del paciente incluso en el estado en el que el oxígeno se inhala continuamente a 5 LPM desde el dispositivo 1 de concentración de oxígeno de PSA a través de la cánula nasal y el tubo de extensión de 20 m. Fig. 6 is a graph representing the result of subtraction processing of the components illustrated in Fig. 5 from the components illustrated in Fig. 4 by software. Subtraction processing means the processing of calculating the difference between two pieces of data at an arbitrary time instant. By subtraction processing, the respiratory rate measuring device 4 can remove PSA pressure components and detect a respiratory pressure in a patient respiratory model. By performing subtraction processing by software, the respiratory rate measuring device 4 can obtain respiratory information of the patient even in the state where oxygen is continuously inhaled at 5 LPM from the PSA oxygen concentration device 1 through the nasal cannula and the 20 m extension tube.
Como un método para extraer datos de información respiratoria del paciente eliminando datos de valor de variación tales como los componentes de presión de PSA, puede usarse el método para medir y almacenar variaciones de presión de un propio dispositivo de concentración de oxígeno por adelantado, y restar las variaciones de presión de una forma de onda de presión detectada, tal como se da a conocer en el documento PTL 6, o puede usarse un método para restar variaciones de presión de un propio dispositivo de concentración de oxígeno medido en tiempo real de una forma de onda de presión detectada. As a method for extracting respiratory information data of the patient by removing variation value data such as PSA pressure components, the method for measuring and storing pressure variations of an oxygen concentration device itself in advance, and subtracting the pressure variations from a detected pressure waveform, as disclosed in PTL 6, may be used, or a method for subtracting pressure variations of an oxygen concentration device itself measured in real time from a detected pressure waveform may be used.
Cuando el dispositivo de concentración de oxígeno de PSA cambia entre presurización y despresurización con un único periodo T durante al menos una parte del tiempo de funcionamiento total, la unidad 722 de operación aritmética extrae información respiratoria calculando, como la presión en un determinado tiempo t, la diferencia entre un valor de caudal Y(t) y un valor X(t) obtenido promediando Y(t) e Y(t - T), Y(t - 2T),..., Y(t - nT) (n es un número entero arbitrario preestablecido). Una forma de onda respiratoria original que tiene los componentes de presión de PSA eliminados puede por tanto reproducirse con precisión. When the PSA oxygen concentrating device switches between pressurization and depressurization with a single period T for at least a part of the total operating time, the arithmetic operation unit 722 extracts respiratory information by calculating, as the pressure at a certain time t, the difference between a flow rate value Y(t) and a value X(t) obtained by averaging Y(t) and Y(t - T), Y(t - 2T),..., Y(t - nT) (n is a preset arbitrary integer). An original respiratory waveform having the PSA pressure components removed can therefore be accurately reproduced.
La Fig. 7 es un diagrama conceptual que representa el procesamiento aritmético de acuerdo con esta realización. (I) ilustra una forma de onda respiratoria, y (II) ilustra una forma de onda modelo para la forma de onda de PSA. T denota el periodo de la forma de onda de PSA, que coincide con el periodo de conmutación de las columnas de adsorción. (III) ilustra la suma de las formas de onda ilustradas en (I) y (II), y corresponde a la presión medida en la porción de tubo. (IV) ilustra el resultado de dividir la forma de onda de (III) para cada periodo T y superponer las formas de onda divididas entre sí. A menos que el periodo respiratorio y el periodo PSA coincidan completamente entre sí, aparecen aleatoriamente formas de onda respiratorias en las formas de onda divididas por los periodos T. (V) ilustra el resultado de promediar las formas de onda superpuestas entre sí en (IV). Basándose en los datos de presión medidos y/o los datos de caudal de gas (III), los datos de valor de variación X(t) que representan un cambio de presión periódico y/o un cambio de caudal de gas de oxígeno concentrado generados por el funcionamiento del dispositivo de concentración de oxígeno de PSA se estiman mediante superposición y promediado (V). Fig. 7 is a conceptual diagram depicting arithmetic processing according to this embodiment. (I) illustrates a respiratory waveform, and (II) illustrates a model waveform for the PSA waveform. T denotes the period of the PSA waveform, which coincides with the switching period of the adsorption columns. (III) illustrates the sum of the waveforms illustrated in (I) and (II), and corresponds to the pressure measured in the tube portion. (IV) illustrates the result of dividing the waveform of (III) for each period T and superimposing the divided waveforms on each other. Unless the respiratory period and the PSA period completely coincide with each other, respiratory waveforms randomly appear in the waveforms divided by the periods T. (V) illustrates the result of averaging the waveforms superimposed on each other in (IV). Based on the measured pressure data and/or gas flow rate data (III), variation value data X(t) representing a periodic pressure change and/or a concentrated oxygen gas flow rate change generated by the operation of the PSA oxygen concentration device are estimated by superposition and averaging (V).
En un ejemplo, suponiendo T como un periodo, se usa un promedio móvil simple de cinco periodos. (VI) ilustra una forma de onda obtenida restando la forma de onda de (V) de la parte correspondiente al último periodo T de la forma de onda de (III). Esto revela que la forma de onda respiratoria original (I) puede reproducirse con precisión. Como periodo ejemplar T, se puede seleccionar el tiempo desde el inicio del estado en el que una de las columnas de adsorción está conectada al compresor hasta que se realiza un cambio al estado en el que otra columna de adsorción está conectada al compresor. Como otro periodo ejemplar T, se puede seleccionar de nuevo el tiempo desde el inicio del estado en el que una columna de adsorción está conectada al compresor, y después a través del estado en el que las columnas de adsorción restantes están conectadas al compresor, hasta que se hace un cambio al estado en el que la primera columna de adsorción está conectada al compresor. Como otro ejemplo más, un múltiplo de cada tiempo de conmutación puede seleccionarse como T. In one example, assuming T as a period, a simple moving average of five periods is used. (VI) illustrates a waveform obtained by subtracting the waveform of (V) from the part corresponding to the last period T of the waveform of (III). This reveals that the original respiratory waveform (I) can be accurately reproduced. As an exemplary period T, the time from the start of the state in which one of the adsorption columns is connected to the compressor until a changeover is made to the state in which another adsorption column is connected to the compressor can be selected. As another exemplary period T, the time from the start of the state in which one adsorption column is connected to the compressor, and then through the state in which the remaining adsorption columns are connected to the compressor, until a changeover is made to the state in which the first adsorption column is connected to the compressor can be selected again. As yet another example, a multiple of each switching time can be selected as T.
En esta realización, al calcular la forma de onda de (V) que representa los datos de valor de variación X(t) obtenidos por superposición y promediado y estimados para llevar la información de un cambio de presión periódico y/o un cambio de caudal del gas oxígeno concentrado, se usa un promedio móvil de cinco periodos, pero se puede usar otro método para promediar. El valor medio X(t) calculado en la etapa de (V) viene dado generalmente por la ecuación siguiente: In this embodiment, when calculating the waveform of (V) representing the variation value data X(t) obtained by superposition and averaging and estimated to carry the information of a periodic pressure change and/or a flow rate change of the concentrated oxygen gas, a five-period moving average is used, but another method may be used for averaging. The average value X(t) calculated in the step of (V) is generally given by the following equation:
[Ec. 1] [Eq. 1]
W_ £ jU W_ £ jU
va goes
y1in^lg g z g y1in^lg g z g
=0^ .(1) =0^ .(1)
A lo largo de toda la descripción de la presente divulgación, i no representa un número imaginario, sino que simplemente representa una variable i entera. Throughout the description of this disclosure, i does not represent an imaginary number, but simply represents an integer variable i.
X(t) es el valor después del procesamiento promedio en el tiempo t, e Y(t) es el valor medido real de la presión en el tiempo t i es un coeficiente de ponderación en la promediación ponderada, que se puede obtener seleccionando un número real arbitrario, n es el número de valores de Y que se van a promediar. Para, por ejemplo, n = 4, y a<0>a a4 = 1, se realiza el mismo cálculo que en la figura 6. Para ai = e-bi (b es un número real positivo arbitrario), y n = 2, es aplicable un suavizado exponencial. X(t) is the value after average processing at time t, and Y(t) is the actual measured value of pressure at time t i is a weighting coefficient in weighted averaging, which can be obtained by selecting an arbitrary real number, n is the number of Y values to be averaged. For, for example, n = 4, and a<0>a a4 = 1, the same calculation is performed as in Figure 6. For ai = e-bi (b is an arbitrary positive real number), and n = 2, exponential smoothing is applicable.
Puesto que es difícil manejar el infinito en el cálculo real, se obtiene un valor asintótico para X(t) por cálculo secuencial como, por ejemplo, X(t) = (1 - e-b)Y (t) e-bX(t - T). Seleccionar apropiadamente n y ai también permite un procesamiento de promediado que consigue una convergencia más rápida, tal como un filtro FIR (Respuesta de Impulso Finito). Since it is difficult to handle infinity in actual computation, an asymptotic value for X(t) is obtained by sequential calculation, such as X(t) = (1 - e-b)Y(t) e-bX(t - T). Selecting n and ai appropriately also allows for averaging processing that achieves faster convergence, such as a FIR (Finite Impulse Response) filter.
La ecuación (1) se ve aparentemente como una ecuación para obtener simplemente el promedio de tiempo de Y(t) mediante cálculo numérico. En el promediado de tiempo normal, un valor suficientemente menor que el periodo de variación de Y(t) se selecciona como T, mientras que en esta realización, es importante seleccionar, como T, un valor basado en el periodo de adsorción y desorción de un proceso de PSA. Esto significa, en lugar de simplemente promediar temporalmente los valores medidos Y(t), usar la forma de onda de Y(t) durante el periodo T como una unidad para calcular el promedio de las formas de onda obtenidas durante una duración de un múltiplo entero de T que precede a un cierto tiempo de referencia. El cálculo del promedio de las formas de onda permite estimar con precisión una presión de PSA que tiene características que aparecen periódicamente en un intervalo igual a T. Equation (1) looks apparently like an equation to simply obtain the time average of Y(t) by numerical calculation. In normal time averaging, a value sufficiently smaller than the variation period of Y(t) is selected as T, whereas in this embodiment, it is important to select, as T, a value based on the adsorption and desorption period of a PSA process. This means, instead of simply temporally averaging the measured Y(t) values, using the waveform of Y(t) during the period T as a unit to calculate the average of the waveforms obtained during a duration of an integer multiple of T preceding a certain reference time. Calculation of the average of the waveforms allows to accurately estimate a PSA pressure having characteristics that appear periodically in an interval equal to T.
En este ejemplo, se ha ejemplificado un método para medir la presión como la unidad de medición de frecuencia respiratoria, pero puesto que la velocidad de flujo a través del tubo también cambia en respuesta a las variaciones de presión en la práctica, también puede usarse un método para medir la velocidad de flujo en lugar de la presión. Incluso se puede usar un método para medir un valor de presión y un valor de caudal en combinación o selectivamente, de acuerdo con las condiciones de funcionamiento del dispositivo o las condiciones ambientales. In this example, a method for measuring pressure as the unit of measurement of respiratory rate has been exemplified, but since the flow rate through the tube also changes in response to pressure variations in practice, a method for measuring flow rate instead of pressure may also be used. Even a method for measuring a pressure value and a flow rate value in combination or selectively may be used, according to the operating conditions of the device or the environmental conditions.
La información respiratoria obtenida mediante procesamiento aritmético son los denominados datos sin procesar, que representan información en tiempo real de la respiración tal como la presión o el caudal en forma de una forma de onda. Estos datos pueden registrarse o transmitirse directamente, pero en este caso, la cantidad de datos es enorme, y lleva mucho tiempo para el análisis. Por lo tanto, se desea calcular automáticamente los datos de la frecuencia respiratoria en el dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria, y luego registrarlos y/o transmitirlos. Respiratory information obtained by arithmetic processing is so-called raw data, which represents real-time information of respiration such as pressure or flow rate in the form of a waveform. These data can be recorded or transmitted directly, but in this case, the amount of data is huge, and it takes a long time for analysis. Therefore, it is desired to automatically calculate the respiratory rate data on the respiratory rate measuring device 4, and then record and/or transmit it.
Como se ha ejemplificado anteriormente, una forma de onda respiratoria detectable contiene un gran número de componentes de ruido generados, por ejemplo, por variaciones de presión relacionadas con el flujo de aire u oscilación de la cánula. El periodo respiratorio y la frecuencia respiratoria pueden no calcularse apropiadamente ni mediante la detección de picos para calcular los tiempos en los que la presión cambia de una disminución a un aumento, ni mediante un método para detectar los tiempos en los que se ha alcanzado un valor igual o mayor que un umbral. As exemplified above, a detectable respiratory waveform contains a large number of noise components generated, for example, by airflow-related pressure variations or cannula oscillation. Respiratory period and respiratory rate may not be appropriately calculated either by peak detection to estimate the times at which the pressure changes from a decrease to an increase, or by a method to detect the times at which a value equal to or greater than a threshold has been reached.
Con referencia a, por ejemplo, la Fig. 6, las formas de onda respiratorias que se van a contar aparecen como picos indicados por a1, a2 y a3 en la Fig. 6 y los valles aparecen inmediatamente después de estos picos, y las porciones restantes corresponden a los componentes de ruido. Incluso cuando se intenta detectar estos picos como los tiempos en los que la presión cambia de un aumento a una disminución, es muy probable que se detecte una porción indicada por b en la figura 6. Referring to, for example, Fig. 6, the respiratory waveforms to be counted appear as peaks indicated by a1, a2 and a3 in Fig. 6 and the valleys appear immediately after these peaks, with the remaining portions corresponding to the noise components. Even when attempting to detect these peaks as the times when the pressure changes from an increase to a decrease, a portion indicated by b in Fig. 6 is very likely to be detected.
<Procesamiento de estimación de frecuencia respiratoria ><Respiratory Rate Estimation Processing>
Incluso con un método para determinar una parte que tiene un valor igual o mayor que un cierto umbral como pico, cuando el umbral se establece en X, un pico tan bajo como el indicado por a2 puede no detectarse, y cuando el umbral se establece en Y, el componente de ruido indicado por b puede detectarse como pico. En este ejemplo, se ilustra una forma de onda correspondiente a solo aproximadamente tres respiraciones, pero en una forma de onda real, los niveles de picos o componentes de ruido pueden variar más seriamente que los ilustrados en el presente documento, y, por lo tanto, es muy difícil identificar de manera fiable picos y establecer un umbral que permita una eliminación de ruido fiable. Even with a method for determining a portion having a value equal to or greater than a certain threshold as a peak, when the threshold is set to X, a peak as low as that indicated by a2 may not be detected, and when the threshold is set to Y, the noise component indicated by b may be detected as a peak. In this example, a waveform corresponding to only about three breaths is illustrated, but in an actual waveform, the levels of peaks or noise components may vary more seriously than those illustrated herein, and therefore it is very difficult to reliably identify peaks and set a threshold that enables reliable noise removal.
Los inventores de la presente invención realizaron un examen estricto, y encontraron que la frecuencia respiratoria puede detectarse con alto rendimiento de detección no mediante el método mencionado anteriormente, sino calculando un coeficiente de autocorrelación entre una forma de onda original y una forma de onda desplazada de la forma de onda original en un tiempo At, y calculando At, en el que el coeficiente de autocorrelación toma un pico, mientras cambia At. Estos inventores también encontraron un método de estimación de la frecuencia respiratoria para estimar la frecuencia respiratoria por tiempo predeterminado a partir de la información respiratoria del paciente. The inventors of the present invention conducted strict examination, and found that the respiratory rate can be detected with high detection performance not by the above-mentioned method, but by calculating an autocorrelation coefficient between an original waveform and a waveform shifted from the original waveform at a time At, and calculating At, at which the autocorrelation coefficient takes a peak, while At changes. These inventors also found a respiratory rate estimation method for estimating respiratory rate per predetermined time from the patient's respiratory information.
Un coeficiente de autocorrelación R puede calcularse como la siguiente ecuación: An autocorrelation coefficient R can be calculated as the following equation:
[Ec. 2] [Ec. 2]
donde At es la cantidad de desplazamiento en el tiempo, to es el intervalo de adquisición de datos, n es el número de datos usados para una operación de cálculo del coeficiente de autocorrelación, y f(t) es el valor de los datos de información respiratoria del paciente en el tiempo t, que se adquiere n veces en el intervalo to En el cálculo, p y a son el promedio y la desviación típica de f(t), pero en el cálculo real, se puede usar el promedio y la desviación típica de los n valores obtenidos de f(t). El método para calcular el coeficiente de autocorrelación en esta realización es meramente un ejemplo, y pueden usarse otros métodos para calcular el coeficiente de autocorrelación. where At is the amount of time shift, to is the data acquisition interval, n is the number of data used for one autocorrelation coefficient calculation operation, and f(t) is the value of the patient's respiratory information data at time t, which is acquired n times in the interval to. In the calculation, p and a are the average and standard deviation of f(t), but in the actual calculation, the average and standard deviation of the n obtained values of f(t) may be used. The method for calculating the autocorrelation coefficient in this embodiment is merely an example, and other methods may be used to calculate the autocorrelation coefficient.
El coeficiente de autocorrelación R calculado en esta realización se multiplica por un coeficiente de normalización expresado como: The autocorrelation coefficient R calculated in this embodiment is multiplied by a normalization coefficient expressed as:
[Ec. 3] [Ec. 3]
1 1
(n -A t)a ¿(n -A t)a ¿
definir su valor en el intervalo de -1,0 a 1,0. set its value in the range -1.0 to 1.0.
La figura 8 es un gráfico generado trazando, con respecto a At, el resultado de cálculo del coeficiente de autocorrelación entre la forma de onda calculada ilustrada en la figura 6 y la forma de onda obtenida desplazando la forma de onda original a lo largo del eje de tiempo por el tiempo At, usando la ecuación mencionada anteriormente multiplicada por el coeficiente de normalización. El coeficiente de autocorrelación se calcula cada vez que Lt se incrementa en to de At = 0. Cuando At = 0, el coeficiente de autocorrelación es 1 porque representa la correlación entre las formas de onda originales. Después de eso, los puntos P1 y P2 se obtienen como puntos que tienen una alta correlación. Figure 8 is a graph generated by plotting, with respect to At, the calculation result of the autocorrelation coefficient between the calculated waveform illustrated in Figure 6 and the waveform obtained by shifting the original waveform along the time axis by the time At, using the above-mentioned equation multiplied by the normalization coefficient. The autocorrelation coefficient is calculated every time Lt increases in t from At = 0. When At = 0, the autocorrelation coefficient is 1 because it represents the correlation between the original waveforms. After that, points P1 and P2 are obtained as points having a high correlation.
La Fig. 8 revela que incluso para una forma de onda que apenas puede usarse para determinar el periodo respiratorio basándose en un umbral o mediante detección de pico en datos de información respiratoria de pacientes sin procesar, el periodo respiratorio puede calcularse fácilmente calculando el coeficiente de autocorrelación. Fig. 8 reveals that even for a waveform that can hardly be used to determine the respiratory period based on a threshold or by peak detection in raw patient respiratory information data, the respiratory period can be easily estimated by calculating the autocorrelation coefficient.
El intervalo de datos de f(t) usado para calcular el coeficiente de autocorrelación se determina a partir del intervalo del periodo respiratorio que va a calcularse. Los inventores de la presente invención realizaron un examen exhaustivo y descubrieron que el intervalo de datos de f(t) puede establecerse preferentemente dos veces o más de un periodo respiratorio mínimo a calcular. La frecuencia respiratoria de un adulto medio es de aproximadamente 12 a 20 respiraciones por minuto, lo que corresponde a un periodo respiratorio de aproximadamente 3 a 5 segundos. Estos inventores concluyeron así que el intervalo de datos de f(t) puede establecerse preferiblemente en 5 segundos x 2 = 10 segundos. The data interval of f(t) used to calculate the autocorrelation coefficient is determined from the interval of the respiratory period to be calculated. The inventors of the present invention conducted a comprehensive examination and found that the data interval of f(t) may preferably be set to two or more times of a minimum respiratory period to be calculated. The respiratory rate of an average adult is about 12 to 20 breaths per minute, which corresponds to a respiratory period of about 3 to 5 seconds. These inventors thus concluded that the data interval of f(t) may preferably be set to 5 seconds x 2 = 10 seconds.
Se encontró que el umbral del coeficiente de autocorrelación para determinar un pico del coeficiente de autocorrelación puede establecerse preferiblemente en al menos 0,3, y más preferiblemente establecerse en el intervalo de 0,3 a 0,7. También se encontró que establecer el umbral por debajo de 0,3 aumenta la probabilidad de que un aumento accidental en el valor de autocorrelación debido a, por ejemplo, ruido o inestabilidad de línea base se determine erróneamente como un pico, y establecer el umbral por encima de 0,7 aumenta la probabilidad de que se pierda un aumento en el valor de autocorrelación correspondiente al periodo respiratorio. It was found that the autocorrelation coefficient threshold for determining a peak of the autocorrelation coefficient may preferably be set to at least 0.3, and more preferably set in the range of 0.3 to 0.7. It was also found that setting the threshold below 0.3 increases the likelihood that an accidental increase in the autocorrelation value due to, for example, noise or baseline instability will be mistakenly determined as a peak, and setting the threshold above 0.7 increases the likelihood that an increase in the autocorrelation value corresponding to the respiratory period will be missed.
La frecuencia respiratoria se calcula como el recíproco del intervalo respiratorio que es el valor de At cuando el coeficiente de autocorrelación toma un cierto valor o más y un valor pico. Lt en el punto P1 que es el primer pico en la Fig. 8 se determina como el intervalo respiratorio, y dividir un minuto por el intervalo respiratorio produce una frecuencia respiratoria por minuto. La frecuencia respiratoria o el número de respiraciones por minuto (bpm) se da mediante la siguiente ecuación: Respiratory rate is calculated as the reciprocal of the respiratory interval which is the value of At when the autocorrelation coefficient takes a certain value or more and a peak value. Lt at point P1 which is the first peak in Fig. 8 is determined as the respiratory interval, and dividing one minute by the respiratory interval yields a respiratory rate per minute. Respiratory rate or the number of breaths per minute (bpm) is given by the following equation:
Frecuencia respiratoria por minuto (bpm) = 60 segundos / (número de etapas en el punto de pico x tiempo de muestreo) Dependiendo de la forma de onda respiratoria, una pluralidad de puntos puede estar presente como picos que tienen valores iguales o mayores que un cierto valor, como se ilustra en la Figura 8, pero el pico derecho P2 es un pico correspondiente a un periodo múltiple que aparece cuando At esta desplazado varias respiraciones. En la estimación de la frecuencia respiratoria, se puede usar preferentemente el pico P1 situado más a la izquierda, es decir, que tiene el valor más pequeño de At, que se estima que corresponde al periodo básico de respiración. Respiratory rate per minute (bpm) = 60 seconds / (number of steps at peak point x sampling time) Depending on the respiratory waveform, a plurality of points may be present as peaks having values equal to or greater than a certain value, as illustrated in Figure 8, but the right peak P2 is a multiple period peak appearing when At is shifted by several breaths. In estimating the respiratory rate, the leftmost peak P1, i.e. having the smallest At value, which is estimated to correspond to the basic breathing period, can be preferably used.
El cálculo descrito en esta realización hace posible calcular automáticamente de manera precisa la información de la frecuencia respiratoria a partir de la forma de onda respiratoria obtenida por la unidad de medición de frecuencia respiratoria conectada al concentrador. The calculation described in this embodiment makes it possible to automatically and accurately calculate respiratory rate information from the respiratory waveform obtained by the respiratory rate measuring unit connected to the concentrator.
Cuando los datos de información respiratoria del paciente f(t) que representan un cambio en la información relacionada con, por ejemplo, la presión, en base a la exhalación y la inhalación, contienen solo un pequeño ruido distinto de la respiración, el coeficiente de autocorrelación puede volverse accidentalmente alto con un cierto periodo. En vista de esto, realizando adicionalmente la determinación basándose en la varianza de los datos de información respiratoria del paciente f(t), la unidad 723 de estimación puede lograr una mayor precisión calculando la ausencia de frecuencia respiratoria cuando no está disponible ninguna onda que tenga una magnitud suficientemente alta para determinar que se espera que se incluya la respiración. La determinación de la presencia o ausencia de respiración no se limita a la determinación basada en la varianza de los datos de información respiratoria del paciente f(t), y puede realizarse usando otros métodos de determinación. When the patient respiratory information data f(t) representing a change in information related to, for example, pressure, based on exhalation and inhalation, contains only a small noise other than breathing, the autocorrelation coefficient may accidentally become high with a certain period. In view of this, by additionally performing the determination based on the variance of the patient respiratory information data f(t), the estimation unit 723 can achieve higher accuracy by calculating the absence of respiratory rate when no waveform having a magnitude high enough to determine that breathing is expected to be included is available. The determination of the presence or absence of breathing is not limited to the determination based on the variance of the patient respiratory information data f(t), and may be performed using other determination methods.
Una varianza a2 de los datos de información respiratoria del paciente f(t) se calcula como la ecuación siguiente: A variance a2 of the patient respiratory information data f(t) is calculated as the following equation:
[Ec. 4] [Ec. 4]
donde n es el número de datos utilizados para una operación de cálculo del coeficiente de autocorrelación, f(t) es el valor de los datos de información respiratoria del paciente en el tiempo t, y p y a2 son la media y la varianza de f(t). where n is the number of data used for one autocorrelation coefficient calculation operation, f(t) is the value of the patient's respiratory information data at time t, and p and a2 are the mean and variance of f(t).
Como ejemplo, el umbral para la evaluación de la varianza en el uso del dispositivo de concentración de oxígeno de PSA se establece como sigue: As an example, the threshold for assessing variance in the use of the PSA oxygen concentration device is set as follows:
Cuando la frecuencia respiratoria es menor que ocho respiraciones: a2 > 18 (Pa2) When the respiratory rate is less than eight breaths: a2 > 18 (Pa2)
Cuando la frecuencia respiratoria es de ocho a 10 respiraciones: a2 > 18 (Pa2) When the respiratory rate is eight to 10 breaths: a2 > 18 (Pa2)
Cuando la frecuencia respiratoria es de 11 respiraciones o más: a2 > 7 (Pa2) When the respiratory rate is 11 breaths or more: a2 > 7 (Pa2)
El valor de este umbral, sin embargo, puede variar dependiendo del dispositivo de suministro de oxígeno utilizado. Debido a sus variaciones que dependen de parámetros tales como la frecuencia respiratoria, el umbral para la evaluación de la varianza puede establecerse apropiadamente de acuerdo con el dispositivo de suministro de oxígeno usado. The value of this threshold, however, may vary depending on the oxygen delivery device used. Because of its variations depending on parameters such as respiratory rate, the threshold for variance assessment may be set appropriately according to the oxygen delivery device used.
A título de ejemplo, un primer umbral TH<d1>para la varianza a2 - de los datos de información respiratoria del paciente f(t) cuando la frecuencia respiratoria es inferior a ocho respiraciones se establece en THd<1>= 18. Un segundo umbral THd<2>para la varianza a2 - de los datos de información respiratoria del paciente f(t) cuando la frecuencia respiratoria es de ocho a 10 respiraciones se establece en TH<d2>= 18. Un tercer umbral TH<d>3 para la varianza a2 - de los datos de información respiratoria del paciente f(t) cuando la frecuencia respiratoria es de 11 respiraciones o más se establece en THd3 = 7. Cuando los datos de información respiratoria del paciente f(t) son iguales o superiores al umbral de la varianza a2, se determina la presencia o ausencia de respiración. As an example, a first threshold TH<d1> for the variance a2 - of the patient's respiratory information data f(t) when the respiratory rate is less than eight breaths is set to THd<1>= 18. A second threshold THd<2> for the variance a2 - of the patient's respiratory information data f(t) when the respiratory rate is eight to 10 breaths is set to TH<d2>= 18. A third threshold TH<d>3 for the variance a2 - of the patient's respiratory information data f(t) when the respiratory rate is 11 breaths or more is set to THd3 = 7. When the patient's respiratory information data f(t) is equal to or greater than the variance a2 threshold, the presence or absence of respiration is determined.
La Fig. 9 es un diagrama de flujo que ilustra un procesamiento ejemplar de extracción de datos de información respiratoria del paciente. Fig. 9 is a flowchart illustrating an exemplary processing of patient respiratory information data extraction.
El procesamiento de extracción de datos de información respiratoria del paciente ilustrado en la figura 9 se realiza por la unidad 7 de microordenador de acuerdo con el programa informático almacenado en la unidad 71 de almacenamiento por adelantado. La unidad de adquisición de datos 721 detectados adquiere datos Y(t) de presión del sensor de presión 6 que sirve como la unidad de detección (ST101). La unidad 722 de operación aritmética calcula un promedio X(t) de Y(t) correspondiente a n periodos (ST102). La unidad 722 de operación aritmética extrae datos f(t) de información respiratoria del paciente calculando la diferencia entre Y(t) y X(t) (ST103). Cuando se usan variaciones de presión de PSA medidas y almacenadas de antemano, la unidad 722 de operación aritmética no realiza el proceso de ST102, y extrae datos f(t) de información respiratoria del paciente calculando la diferencia entre Y(t) y las variaciones de presión de PSA medidas y almacenadas de antemano, como ST 103, después del proceso de ST101. The patient's respiratory information data extraction processing illustrated in Fig. 9 is performed by the microcomputer unit 7 according to the computer program stored in the storage unit 71 in advance. The detected data acquisition unit 721 acquires pressure data Y(t) from the pressure sensor 6 serving as the detection unit (ST101). The arithmetic operation unit 722 calculates an average X(t) of Y(t) corresponding to n periods (ST102). The arithmetic operation unit 722 extracts patient's respiratory information data f(t) by calculating the difference between Y(t) and X(t) (ST103). When using PSA pressure variations measured and stored in advance, the arithmetic operation unit 722 does not perform the ST102 process, and extracts data f(t) of patient respiratory information by calculating the difference between Y(t) and the PSA pressure variations measured and stored in advance, such as ST 103, after the ST101 process.
Durante el funcionamiento del dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria, el procesamiento de estimación de la frecuencia respiratoria se realiza repetidamente, de modo que los datos de información respiratoria del paciente f(t) se extraen y actualizan cada vez, por ejemplo, n piezas de datos de medición de las presiones Y(t) se adquieren en el intervalo to. Los datos de información respiratoria del paciente f(t) pueden incluso extraerse en un intervalo predeterminado y actualizarse. During the operation of the respiratory rate measuring device 4, the respiratory rate estimation processing is performed repeatedly, so that the patient's respiratory information data f(t) is extracted and updated each time, for example, n pieces of measurement data of the pressures Y(t) are acquired at the interval to. The patient's respiratory information data f(t) may even be extracted at a predetermined interval and updated.
La Fig. 10 es un diagrama de flujo que ilustra un procesamiento ejemplar de estimación de la frecuencia respiratoria, en base a los datos de información respiratoria del paciente. Fig. 10 is a flowchart illustrating an exemplary processing of respiratory rate estimation, based on patient respiratory information data.
El procesamiento de estimación de la frecuencia respiratoria ilustrada en la figura 10 se realiza por la unidad 7 de microordenador de acuerdo con el programa informático almacenado en la unidad 71 de almacenamiento por adelantado. La unidad 723 de estimación calcula un promedio p y una desviación estándar a de los datos de información respiratoria del paciente f(t) (ST201). En primer lugar, para determinar la presencia o ausencia de una frecuencia respiratoria, la unidad 723 de estimación determina si la varianza a2 es decir, el cuadrado de la desviación estándar a es igual o superior a un umbral predeterminado TH<d>(ST202). Cuando la varianza a2 es inferior al umbral TH<d>(NO en ST202), la unidad 724 de salida de frecuencia respiratoria emite información que indica que el cálculo ha sido imposible (ST213), y finaliza el proceso. Cuando la varianza a2 es igual o superior al umbral TH<d>(SÍ en ST202), la unidad 723 de estimación establece el tiempo At a cero (0) como la cantidad de desplazamiento en el tiempo (ST203). The respiratory rate estimation processing illustrated in Fig. 10 is performed by the microcomputer unit 7 according to the computer program stored in the storage unit 71 in advance. The estimation unit 723 calculates an average p and a standard deviation a of the patient's respiratory information data f(t) (ST201). First, to determine the presence or absence of a respiratory rate, the estimation unit 723 determines whether the variance a2 i.e. the square of the standard deviation a is equal to or greater than a predetermined threshold TH<d>(ST202). When the variance a2 is less than the threshold TH<d>(NOT in ST202), the respiratory rate output unit 724 outputs information indicating that the calculation has been impossible (ST213), and the process ends. When the variance a2 is equal to or greater than the threshold TH<d> (YES in ST202), the estimation unit 723 sets the time At to zero (0) as the amount of shift in time (ST203).
La unidad 723 de estimación incrementa el tiempo At en el intervalo de adquisición de datos to (ST204). La unidad 723 de estimación calcula un coeficiente de autocorrelación R(At) de los datos de información respiratoria del paciente f(t) durante el tiempo At(ST205). La unidad 723 de estimación escribe el coeficiente de autocorrelación calculado R(At) en la unidad 71 de almacenamiento (ST206). La unidad 723 de estimación determina si el tiempo At ha alcanzado nto (ST207). Cuando el tiempo At no ha alcanzado nto, el proceso vuelve a ST203, en el que la unidad 723 de estimación repite una serie de procesos (NO en ST207). The estimation unit 723 increments the time At by the data acquisition interval to (ST204). The estimation unit 723 calculates an autocorrelation coefficient R(At) of the patient respiratory information data f(t) during the time At (ST205). The estimation unit 723 writes the calculated autocorrelation coefficient R(At) to the storage unit 71 (ST206). The estimation unit 723 determines whether the time At has reached nto (ST207). When the time At has not reached nto, the process returns to ST203, where the estimation unit 723 repeats a series of processes (NOT in ST207).
Cuando el tiempo At ha alcanzado nto (SÍ en ST207), la unidad 723 de estimación lee los coeficientes de autocorrelación R(At) almacenados en la unidad 71 de almacenamiento (ST208). La unidad 723 de estimación compara los coeficientes de autocorrelación leídos R(At) entre sí para determinar si está presente un coeficiente de autocorrelación máximo Max(R(At)), es decir, un coeficiente de autocorrelación pico R(At) (ST209). Más específicamente, la unidad 723 de estimación determina si Max(R(At) es igual o mayor que un umbral predeterminado THc. When time At has reached nto (YES in ST207), the estimation unit 723 reads the autocorrelation coefficients R(At) stored in the storage unit 71 (ST208). The estimation unit 723 compares the read autocorrelation coefficients R(At) with each other to determine whether a maximum autocorrelation coefficient Max(R(At)), i.e., a peak autocorrelation coefficient R(At) (ST209), is present. More specifically, the estimation unit 723 determines whether Max(R(At)) is equal to or greater than a predetermined threshold THc.
Cuando el coeficiente de autocorrelación máximo Max(R(At)) es igual o superior al umbral predeterminado TH<c>(SÍ en ST209), la unidad 723 de estimación establece el tiempo At para el coeficiente de autocorrelación máximo Max(R(At)) como un intervalo respiratorio (ST210). La unidad 723 de estimación estima la frecuencia respiratoria a partir del intervalo respiratorio At (ST211). La unidad 724 de salida de frecuencia respiratoria emite una señal de frecuencia respiratoria (ST212) y finaliza el proceso. Por ejemplo, la unidad de visualización 8, tras recibir la señal de frecuencia respiratoria, muestra la frecuencia respiratoria. When the maximum autocorrelation coefficient Max(R(At)) is equal to or greater than the predetermined threshold TH<c>(YES in ST209), the estimation unit 723 sets the time At for the maximum autocorrelation coefficient Max(R(At)) as a respiratory interval (ST210). The estimation unit 723 estimates the respiratory rate from the respiratory interval At (ST211). The respiratory rate output unit 724 outputs a respiratory rate signal (ST212) and ends the process. For example, the display unit 8, after receiving the respiratory rate signal, displays the respiratory rate.
Cuando el coeficiente de autocorrelación máximo Max(R(At)) es menor que el umbral predeterminado TH<c>(NO en ST209), la unidad 724 de salida de frecuencia respiratoria emite información que indica que el cálculo ha sido imposible (ST213) y finaliza el proceso. Durante el funcionamiento del dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria, el procesamiento de estimación de la frecuencia respiratoria se realiza repetidamente, de modo que el dispositivo 4 de medición de frecuencia respiratoria puede actualizar la frecuencia respiratoria y mostrarla en la unidad de visualización 8. La visualización en la unidad de visualización 8 puede realizarse en un intervalo predeterminado. When the maximum autocorrelation coefficient Max(R(At)) is less than the predetermined threshold TH<c>(NO in ST209), the respiratory rate output unit 724 outputs information indicating that the calculation has been impossible (ST213) and ends the process. During the operation of the respiratory rate measuring device 4, the respiratory rate estimation processing is repeatedly performed, so that the respiratory rate measuring device 4 can update the respiratory rate and display it on the display unit 8. The display on the display unit 8 may be performed at a predetermined interval.
LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIALIST OF REFERENCE SIGNS
1 Dispositivo de concentración de oxígeno PSA 1 PSA oxygen concentration device
2 Tubo 2 Tube
3 Cánula nasal 3 Nasal cannula
4 Dispositivo de medición de frecuencia respiratoria 4 Respiratory rate measuring device
5 Orificio 5 Hole
6 Sensor de presión 6 Pressure sensor
7 Unidad de microordenador 7 Microcomputer unit
71 Unidad de almacenamiento 71 Storage unit
72 Unidad de procesamiento 72 Processing unit
721 Unidad de adquisición de datos detectados 721 Data acquisition unit detected
2 Unidad de operación aritmética 2 Arithmetic operation unit
3 Unidad de estimación 3 Estimation unit
4 Unidad de salida de la frecuencia respiratoria 4 Respiratory rate output unit
Unidad de visualización Display unit
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